畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的八路智能搶答器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文題 目 智能搶答器 姓 名 專 業(yè) 電子工程系 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及，各種各樣的競賽越來越多，其中搶答器的作用也越來越重要。本文設(shè)計(jì)出以at89s51單片機(jī)為核心的八路搶答器，采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動(dòng)鎖存顯示結(jié)果，并自動(dòng)復(fù)位的設(shè)計(jì)思想,它能根據(jù)不同的搶答輸入信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)的控制處理并產(chǎn)生不同的與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，最后通過led數(shù)碼管顯示相應(yīng)的路數(shù)，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出是哪組優(yōu)先按下的按鍵，充分利用了單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、可靠性好、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是以搶答為出發(fā)點(diǎn)?？紤]到依需設(shè)定限時(shí)回答的功能，利用

2、89s51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)使數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間。用開關(guān)做鍵盤輸出，揚(yáng)聲器發(fā)生提示。同時(shí)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效；滿時(shí)后系統(tǒng)計(jì)時(shí)自動(dòng)復(fù)位及主控強(qiáng)制復(fù)位；按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法【關(guān)鍵詞】搶答器 單片機(jī) led數(shù)碼顯示管 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 揚(yáng)聲器。 目錄摘要2緒論5一、搶答器的概述61.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能61.1.2 擴(kuò)展功能61.2 搶答器需求分析61.3 搶答器的硬件設(shè)計(jì)71.4 搶答器的工作過程7二、單片機(jī)的功能

3、簡介82.1 89系列單片機(jī)的概述7 2.2 at89s51的功能8 2.2.1 at89s51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8三、硬件電路的設(shè)計(jì)103.1 總電路原理10 3.2 時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì)113.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)123.3.1 復(fù)位電路的可靠性設(shè)計(jì)123.3.2 人工復(fù)位133.4 顯示電路的設(shè)計(jì)143.5 控制電路的實(shí)現(xiàn)163.6 發(fā)聲173.7 系統(tǒng)復(fù)位17四、軟件設(shè)計(jì)194.1 軟件任務(wù)分析194.2 顯示子程序的設(shè)計(jì)204.3 定時(shí)器t0、t1中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)204.4 搶答器處理程序的設(shè)計(jì)214.5 主程序及分析23五、設(shè)計(jì)總結(jié)31參考文獻(xiàn)32致謝33緒論數(shù)字技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最快的學(xué)

4、科之一，數(shù)字邏輯器件已從60年代的小規(guī)模集成電路（ssi）發(fā)展到目前的中、大規(guī)模集成電路（msi、lsi）及超大規(guī)模集成電（vlsi）。相應(yīng)地，數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)方法在不斷地演變和發(fā)展，由原來的單一的硬件邏輯設(shè)計(jì)發(fā)展成三個(gè)分支，即硬件邏輯設(shè)計(jì)（中、小規(guī)模集成器件）、軟件邏輯設(shè)計(jì)（軟件組裝的lsi和vsi，如微處理器、單片機(jī)等）及兼有二者優(yōu)點(diǎn)的專用集成電路（asic）設(shè)計(jì)。 目前數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制，電子測量儀表，電視，雷達(dá)，通信等各個(gè)領(lǐng)域。例如在現(xiàn)代測量技術(shù)中，數(shù)字測量儀表不僅比模擬測量儀表精度高，功能高，而且容易實(shí)現(xiàn)測量的自動(dòng)化和智能化。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，尤其是中，

5、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用范圍將會(huì)更廣泛地滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，并將產(chǎn)生越來越深刻的影響。隨著現(xiàn)代社會(huì)的電子科技的迅速發(fā)展，要求我們要理論聯(lián)系實(shí)際，數(shù)字電子邏輯課程設(shè)計(jì)的進(jìn)行使我們有了這個(gè)非常關(guān)鍵的機(jī)會(huì)。通過這種綜合性訓(xùn)練，我們要達(dá)到以下的目的和要求：1.結(jié)合課程中所學(xué)的理論知識(shí)，獨(dú)立設(shè)計(jì)方案。達(dá)到學(xué)有所用的目的.2.學(xué)會(huì)查閱相關(guān)手冊(cè)與資料，通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，進(jìn)一步熟悉常用電子器件類型和特性，并掌握合理選用的原則，培養(yǎng)獨(dú)立分析與解決問題的能力，對(duì)于搶答器我們大家都知道那是用于選手做搶答題時(shí)用的，選手進(jìn)行搶答，搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗(yàn)選手的反應(yīng)速度

6、同時(shí)也要求選手具備足夠的知識(shí)面和一定的勇氣。選手們都站在同一個(gè)起跑線上，體現(xiàn)了公平公正的原則。第一章 搶答器的概述1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能1.1.1 基本功能：（1） 同時(shí)供8名選手比賽，分別用8個(gè)按鈕s0 s7表示。（2）設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)s，該開關(guān)由主持人控制。（3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示，并在七段數(shù)碼管上顯示選手號(hào)碼。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。1.1.2 擴(kuò)展功能：（1）搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)開始鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。（2

7、）參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。在這段 （3）如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。1.2 搶答器的需求分析1、在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效。2、搶答限定時(shí)間和回答問題的時(shí)間可是在199s設(shè)定。3、可以顯示是哪位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有音樂提示。4、搶答時(shí)間和回答問題時(shí)間倒記時(shí)顯示，時(shí)間完后系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。5、按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。1.3 搶答器的硬件設(shè)計(jì)搶答器電路1.4 搶答的工作過程1、如果想調(diào)節(jié)

8、搶答時(shí)間或答題時(shí)間,按加一鍵或減一鍵進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài),此時(shí)會(huì)顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時(shí)間或回答時(shí)間值,如想加一秒按一下加1s鍵,如果想減一秒按一下減1s鍵，時(shí)間led上會(huì)顯示改變后的時(shí)間，調(diào)整范圍為099s, 0s時(shí)再減1s會(huì)跳到99，99s時(shí)再加1s會(huì)變到0s。2、主持人按搶答開始鍵，會(huì)有提示音，并立刻進(jìn)入搶答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè)20s搶答時(shí)間），如有選手搶答，會(huì)有提示音，并會(huì)顯示其號(hào)數(shù)并立刻進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè)20s搶答時(shí)間），不進(jìn)行搶答查詢，所以只有第一個(gè)按搶答的選手有效。3、如倒計(jì)時(shí)期間，主持人想停止倒計(jì)時(shí)可以隨時(shí)按停止按鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，等待主持人按搶答開始進(jìn)入下次搶答計(jì)時(shí)。4、如果主持人未

9、按搶答開始鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答，led上不顯示任何結(jié)果，直到按下停止 鍵為止。第二章 單片機(jī)的功能簡介2.1 89系列單片機(jī)的概況mcs-51 單片機(jī)是美國inte 公司于1980 年推出的產(chǎn)品，典型產(chǎn)品有 80 31、8051和8751 等通用產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在， mcs-5 1 內(nèi)核系列兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍與mcs-51 單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)。我們常說的已經(jīng)停產(chǎn)的89c51 指的是atmel公司的 at 89c51 單片機(jī)，同時(shí)是在原基礎(chǔ)上增強(qiáng)了許多特性，如時(shí)鐘，更優(yōu)秀的是由flash（程序存儲(chǔ)器的內(nèi)容至少可以改寫 1000 次）

10、存儲(chǔ)器取帶了原來的 rom（一次性寫入），at89c51 的性能相對(duì)于8051 已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。89c51 的缺陷在于不支持isp（在線更新程序）功能，必須加上isp 功能等新功能才能更好延續(xù)mcs-51 的傳奇。89s51就是在這樣的背景下取代89c51 的，現(xiàn)在，89s51 目前已經(jīng)成為了實(shí)際應(yīng)用市場上新的寵兒，作為市場占有率第一的atmel 目前公司已經(jīng)停產(chǎn)at89c51，將用at89s51 代替。89s51 在工藝上進(jìn)行了改進(jìn)，89s51 采用 0.35 新工藝，成本降低,而且將功能提升,增加了競爭力。89sxx 可以像下兼容89cxx 等51 系列芯片。市場上見到的89c51

11、實(shí)際都是atmel 前期生產(chǎn)的巨量庫存而以。如果市場需要，atmel當(dāng)然也可以再恢復(fù)生產(chǎn)at89c51。 at89s51/ls51單片機(jī)是低功耗的、具有4kb在線課編程flash存儲(chǔ)器的單片機(jī)。它與通用80c51系列單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳兼容。片內(nèi)的flash可允許在線重新編程，也可使用非易失性存儲(chǔ)器編程。他將通用cpu和在線可編程flash集成在一個(gè)芯片上，形成了功能強(qiáng)大、使用靈活和具有較高性能性價(jià)比的微控制器。2.2 at89s51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)at89s51單片機(jī)內(nèi)部由cpu、4kb的fperom ，128b的ram，兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器t0和t1，4個(gè)8位的i/o端p0、p1、p

12、2、p3等組成。單片微機(jī)內(nèi)部最核心的部分是cpu。cpu主要功能是產(chǎn)生各種控制信號(hào)，控制存儲(chǔ)器、輸入/輸出端口的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算以及位操作處理等，cpu按其功能可分為運(yùn)算器和控制器兩部分?？刂破饔沙绦蛴?jì)數(shù)器pc、指令儲(chǔ)存器、指令譯碼器、實(shí)時(shí)控制與條件轉(zhuǎn)移邏輯電路等組成。它的功能是對(duì)來自存儲(chǔ)器中的指令進(jìn)行譯碼，通過實(shí)時(shí)控制電路，在規(guī)定的時(shí)刻發(fā)出各種操作所需的內(nèi)部和外部的控制信號(hào)，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的操作。運(yùn)算器由算術(shù)邏輯器部件alu、累加器acc、暫存器、程序狀態(tài)字寄存器psw，bcd碼運(yùn)算調(diào)整電路等組成。外部定時(shí)元件復(fù)位中斷電源系統(tǒng)時(shí)鐘romcpu定時(shí)/計(jì)數(shù)器串

13、行i/o口并行i/o口ram單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作功能，片內(nèi)增加了一個(gè)通用寄存器b和一些專用寄存器，還增加了位處理邏輯電路的功能3。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。 第三章 硬件電路的設(shè)計(jì)3.1 總電路原理為使硬件電路設(shè)計(jì)盡可能合理，應(yīng)注意以下幾方面：(1) 盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡化電路，功能強(qiáng)的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的的價(jià)格不斷下降，并不一定比若干普通芯片價(jià)格的總和高。(2) 留有設(shè)計(jì)余地。在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，要考慮到將來修改擴(kuò)展的方便。因?yàn)楹苌儆幸诲N定音的電路設(shè)計(jì)，如果現(xiàn)在不留余地，將來可能要為一點(diǎn)小小的修改或擴(kuò)展而被迫進(jìn)行全面返工。(3)

14、 程序空間，選用片內(nèi)程序空間足夠大的單片機(jī)，本設(shè)計(jì)采用at89c51單片機(jī)。(4) ram空間，at89s51內(nèi)部ram不多，當(dāng)要增強(qiáng)軟件數(shù)據(jù)處理功能時(shí)，往往覺得不足。如果系統(tǒng)配置了外部ram，則建議多留一些空間。如選用8155作i/o接口，就可以增強(qiáng)256字節(jié)ram.如果有大批數(shù)據(jù)需要處理，則應(yīng)配置足夠的ram，如6264，62256等。隨著軟件設(shè)計(jì)水平的提高，往往只要改變或增加軟件中的數(shù)據(jù)處理算法，就可以使系統(tǒng)功能提高很多，而系統(tǒng)的硬件不必做任何更換就使系統(tǒng)升級(jí)換代。只要在硬件電路設(shè)計(jì)初期考慮到這一點(diǎn)，就應(yīng)該為系統(tǒng)將來升級(jí)留足夠的ram空間，哪怕多設(shè)計(jì)一個(gè)ram的插座，暫不插芯片也好。(5

15、) i/o端口：在樣機(jī)研制出來后進(jìn)行現(xiàn)場試用時(shí)，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)一些被忽視的問題，而這些問題不是靠單純的軟件措施來解決的。如有些新的信號(hào)需要采集，就必須增加輸入檢測端；有些物理量需要控制，就必須增加輸出端。如果在硬件電路設(shè)計(jì)就預(yù)留出一些i/o端口，雖然當(dāng)時(shí)空著沒用，那么用的時(shí)候就派上用場了。p2.4為開始搶答9，p2.5為加分，p2.6為減分，p1.0-p1.7為六八搶答輸入，數(shù)碼管段選p0口，位選p2口低3位，蜂鳴器輸出為p2.7口。3.2 時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。mcs-51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的。晶振的選擇：6mhz的晶振，其機(jī)器周期是2

16、us。12mhz的晶振，其機(jī)器周期是1us, 也就是說在執(zhí)行同一條指令時(shí)用6mhz的晶振所用的時(shí)間是12mhz晶振的兩倍。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的性能我選擇了12mhz的晶振。振蕩方式的選擇：內(nèi)部振蕩方式，mcs-51內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器，xtal1、xtal2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。這樣就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式外部振蕩方式是把已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適合用來使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)一致。在我的這個(gè)設(shè)計(jì)中沒有也無需與外部時(shí)鐘信號(hào)一致，所以我選擇了內(nèi)部振蕩方式，由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成

17、了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。晶振我選擇了12mhz，相對(duì)于6mhz的晶振，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度更快了。電容器c1、c2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值我選擇了30pf。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)穩(wěn)定性高。 圖3-2時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作.在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路,只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元,決定單片機(jī)的工作速度。一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振,在xtal2引腳產(chǎn)生幅度為3v左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào),其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個(gè)電容 c1,c2的作用有兩個(gè):一是幫助振蕩器

18、起振;二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。c1,c2的典型值為30pf。單片機(jī)在工作時(shí),由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為時(shí)鐘周期。其大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù),常用fosc表示。如時(shí)鐘頻率為12mhz,即fosc=12mhz,則時(shí)鐘周期為1/12s。3.3 復(fù)位電路的設(shè)計(jì)3.3.1 復(fù)位電路的可靠性設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行是都需要復(fù)位，使中央處理器cpu和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。mcs-51的復(fù)位輸入引腳rst為mcs-51提供了初始化的手段，可以使程序從指定處開始執(zhí)行，在mcs-51的時(shí)鐘電路工作后，只要rst引腳上出現(xiàn)超過兩

19、個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，即可產(chǎn)生復(fù)位的操作。只要 rst保持高電平，則mcs-51循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)rst由高電平變低電平以后，mcs-51才從0000h地址開始執(zhí)行程序。本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位方式的復(fù)位電路。mcs-51單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳rst，它是施密特觸發(fā)輸入，當(dāng)振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘周期）以上的高電平。使器件復(fù)位，只要rst保持高電平，mcs-51保持復(fù)位狀態(tài)。此時(shí)ale、/psen、p0、p1、p2、p3口都輸出高電平。rst變?yōu)榈碗娖胶螅顺鰪?fù)位，cpu從初始狀態(tài)開始工作。復(fù)位以后內(nèi)部寄存器的初始狀態(tài)為（sp=07，p0、p1、p2、p3為0ffh外，其

20、它寄存器都為0。在rst復(fù)位端接一個(gè)電容至vcche 一個(gè)電阻至vss，就能實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位，對(duì)于cmos單片機(jī)只要接一個(gè)電容至vcc即可。如圖，在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在rst端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長，就可以使mcs-51有效地復(fù)位。rst端在加電時(shí)應(yīng)保持的高電平時(shí)間包括vcc的上升時(shí)間和振蕩器起振時(shí)間，vcc上升時(shí)間若為10ms，振蕩器起振時(shí)間和頻率有關(guān)。10mhz時(shí)間約為1ms，1mhz時(shí)約為10ms，所以一般為了可靠地復(fù)位，rst在上電時(shí)應(yīng)保持20ms以上的高電平。圖2.5中，rc時(shí)間常數(shù)越大，上電時(shí)rst端保持高電平的時(shí)間越長。當(dāng)振蕩頻率為12mhz時(shí)，典

21、型值為c=10uf,r=8.2k. 圖3-3上電復(fù)位電路3.3.2人工復(fù)位除上電自動(dòng)復(fù)位以外，常常需要人工復(fù)位，將一個(gè)按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電自動(dòng)復(fù)位電路，按一下開關(guān)就rst端出現(xiàn)一段時(shí)間的高電平，即使器件復(fù)位。如圖所示圖3-4上電和開關(guān)復(fù)位而我們?cè)谶@次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中運(yùn)用的人工復(fù)位電路. 其中電平復(fù)位是通過rst端經(jīng)電阻和電源vcc接通而實(shí)現(xiàn)的，按鍵手動(dòng)電平復(fù)位電路如圖。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用12mhz時(shí)，c選取10uf，r選擇1000歐。3.4 顯示電路的設(shè)計(jì)顯示功能與硬件關(guān)系極大，當(dāng)硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。3.4.1 顯示模塊在系統(tǒng)硬件中的安排操作者

22、主要設(shè)計(jì)從顯示設(shè)備上獲取微機(jī)系統(tǒng)的信息的，因此，操作者每操作一下，顯示設(shè)備商都應(yīng)該有一定的反應(yīng)。這說明，顯示模塊與操作有關(guān)，即監(jiān)控程序是需要調(diào)用顯示模塊。不同的操作需要顯示不同的內(nèi)容，這又說明各執(zhí)行模塊對(duì)顯示模塊的驅(qū)動(dòng)方式是不同的。另一方面，在操作者沒有進(jìn)行操作時(shí)，顯示內(nèi)容也是變化的，如顯示現(xiàn)場各物理量的變化情況。這時(shí)顯示模塊不是由操作者通過命令鍵來驅(qū)動(dòng)，而是由各類自動(dòng)執(zhí)行的功能模塊來驅(qū)動(dòng)。自動(dòng)執(zhí)行的各類模塊在安排在各種中斷子程序中，這就是說，各種中斷子程序也要調(diào)用顯示模塊。如果監(jiān)控安排在中斷子程序中，兩者的要求就統(tǒng)一了，問題比較好解決，如果監(jiān)控程序安排在主程序中，在監(jiān)控程序調(diào)用顯示模塊的過程

23、中發(fā)生了中斷，中斷子程序也調(diào)用顯示模塊，這時(shí)就容易出問題。一種比較妥善的辦法是只讓一處調(diào)用顯示模塊，其他各處均不得直接調(diào)用顯示模塊，但有權(quán)申請(qǐng)顯示。這就要設(shè)置一個(gè)顯示申請(qǐng)標(biāo)志，當(dāng)某模塊需要顯示時(shí)，將申請(qǐng)標(biāo)志置位，同時(shí)設(shè)定有關(guān)顯示內(nèi)容（或指針）。由于一處調(diào)用顯示模塊，故不會(huì)發(fā)生沖突。為了使顯示模塊能及時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)需要，應(yīng)將顯示模塊安排在一個(gè)重復(fù)執(zhí)行的循環(huán)（如監(jiān)控循環(huán)或時(shí)鐘中斷子程序）中。當(dāng)監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序）安排在時(shí)鐘中斷子程序中時(shí)，處理比較方便，只要在監(jiān)控程序的匯合處調(diào)用顯示模塊就可以了。這里將顯示功能集中到一起，作為一個(gè)功能模塊，就要求它的功能全面，能根據(jù)系統(tǒng)軟件提供的信息自動(dòng)完成顯示內(nèi)容

24、的查找，變換和輸出驅(qū)動(dòng)。這樣設(shè)計(jì)使得各功能模塊都不必考慮顯示問題，只要給出一個(gè)簡單的信息（如顯示格式編碼）甚至不用再提供額外信息，直接利用當(dāng)前狀態(tài)變量和軟件標(biāo)志就可以完成所需的顯示要求。如果編寫這樣一個(gè)集中顯示模塊有困難，也可以將顯示模塊編小一些，只完成顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容輸出到顯示器件上的工作。這時(shí)各功能模塊在提出顯示申請(qǐng)時(shí)，還需要將顯示內(nèi)容按需要的格式送入顯示緩沖區(qū)中。這樣分而治之比較容易編程，但要小心出現(xiàn)顯示混亂。例如后臺(tái)程序需要調(diào)用顯示，將有關(guān)信息送入到現(xiàn)實(shí)緩沖區(qū)進(jìn)行顯示；中斷返回后，后臺(tái)程序繼續(xù)送完后半部分顯示內(nèi)容，但前半部分內(nèi)容已經(jīng)變了，這樣就出現(xiàn)了顯示錯(cuò)誤。解決的辦法是，在申請(qǐng)顯示前

25、，先檢查是否已經(jīng)有顯示申請(qǐng)，如果有，就不再申請(qǐng)，等待下次機(jī)會(huì)；如果沒有，則先申請(qǐng)標(biāo)志位，再將顯示內(nèi)容送入顯示緩沖區(qū)。這時(shí)就不必?fù)?dān)心其他前臺(tái)模塊來打擾了，就可以得到一次完整的顯示機(jī)會(huì)。在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示，通常在顯示6上我們采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動(dòng)態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多；動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際情況采用的是動(dòng)態(tài)顯示方法。并通過查表法，將其在數(shù)碼管上顯示出來，其中p0口為字型碼輸入端，p2口低3位為字選段輸入端。在這里我們通過查表將

26、字型碼送給7段數(shù)碼管顯示的數(shù)字，數(shù)碼管顯示原理如下： mov a,r5 movc a,a+dptr ；查字型mov p2,#01h ；送位選碼mov p0,a ；送字型碼acall delay ；調(diào)延時(shí)，去閃爍在七段數(shù)碼管顯示中可分為共陽極和共陰極兩種類型極。以共陰為例，要想a段亮，向a段送1就是，返之送0，共陽剛好相反。3.5 掃描電路的實(shí)現(xiàn)鍵盤是人與微機(jī)系統(tǒng)打交道的主要設(shè)備。關(guān)于鍵盤硬件電路的設(shè)計(jì)方法也可以在文獻(xiàn)和書籍中找到，配合各種不同的硬件電路，這些書籍中一般也提供了相應(yīng)的鍵盤掃描程序。站在系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)的立場上來看，僅僅完成鍵盤掃描，讀取當(dāng)前時(shí)刻的鍵盤狀態(tài)是不夠的，還有不少問題需要

27、妥善解決，否則，人們?cè)诓僮麈I盤就容易引起誤操作和操作失控現(xiàn)象。在單片機(jī)應(yīng)用中鍵盤用得最多的形式是獨(dú)立鍵盤及矩陣鍵盤。 它們各有自己的特點(diǎn)，其中獨(dú)立鍵盤硬件電路簡單，而且在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，一般用在對(duì)硬件電路要求不高的簡單電路中；矩陣鍵盤與獨(dú)立鍵盤有很大區(qū)別，首先在硬件電路上它要比獨(dú)立鍵盤復(fù)雜得多，而且在程序算法上比它要煩瑣，但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢得多，因此它更適合于多按鍵電路。其次就是消除在按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺” 現(xiàn)象。這里采用最常用的方法，即延時(shí)重復(fù)掃描法，延時(shí)法的原理為：因?yàn)椤懊獭泵}沖一般持續(xù)時(shí)間短，約為幾ms，而我們按鍵的時(shí)間一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)時(shí)間,所以當(dāng)單片機(jī)檢測到有按鍵動(dòng)靜后

28、再延時(shí)一段時(shí)間(這里我們?nèi)?0ms)后再判斷此電平是否保持原狀態(tài),如果是則為有效按鍵，否則無效。3.5.1 按鈕輸入的硬件處理按鈕的觸點(diǎn)在閉合和斷開時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這是觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會(huì)引起按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行。現(xiàn)在一般均用軟件延時(shí)的方法來避開抖動(dòng)階段，這一延時(shí)過程一般大于5ms，例如取10-20ms。如果監(jiān)控程序中的讀鍵操作安排在主程序（后臺(tái)程序）或鍵盤中斷（外部中斷）子程序中，則該延時(shí)子程序便可直接插入讀鍵過程中。如果讀鍵過程安排在定時(shí)中斷子程序中，就可省去專門的延時(shí)子程序，利用兩次定時(shí)中斷的時(shí)間間隔來完成抖動(dòng)處理。3.6 發(fā)聲我們知道，聲音的頻譜范圍約在

29、幾十到幾千赫茲7，若能利用程序來控制單片機(jī)某個(gè)口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時(shí)程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時(shí)間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。3.7 系統(tǒng)復(fù)位使cpu進(jìn)入初始狀態(tài)，從0000h地址開始執(zhí)行程序的過程叫系統(tǒng)復(fù)位。從實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位的方法來看，系統(tǒng)復(fù)位可分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。硬件復(fù)位必須通過cpu外部的硬件電路給cpu的reset端加上足夠時(shí)間的高電位才能實(shí)現(xiàn)。上電復(fù)位，人工按鈕復(fù)位和硬件看門狗復(fù)位均為硬件復(fù)位。硬件復(fù)位后，各專用寄存器的狀態(tài)均被初始化，且對(duì)片內(nèi)通用寄存器的內(nèi)容沒有影

30、響。但是，硬件復(fù)位還能自動(dòng)清除中斷激活標(biāo)志，使中斷系統(tǒng)能夠正常工作，這樣一個(gè)事實(shí)卻容易為不少編碼人員所忽視。軟件復(fù)位就是用一系列指令來模擬硬件復(fù)位功能，最后通過轉(zhuǎn)移指令使程序從0000h地址開始執(zhí)行。對(duì)各專用寄存器的復(fù)位操作是容易的，也沒有必要完全模擬，可根據(jù)實(shí)際需要去主程序初始化過程中完成。而對(duì)中斷激活標(biāo)志的清除工作常被遺忘，因?yàn)樗鼪]有明確的位地址可供編程。有的編程人員用020000（ljmp 0000h）作為軟件陷阱，認(rèn)為直接轉(zhuǎn)向0000h地址就完成了軟件復(fù)位，就是這類錯(cuò)誤的典型代表。軟件復(fù)位是使用軟件陷阱和軟件看門狗后必須進(jìn)行的工作，這時(shí)程序出錯(cuò)完全有可能發(fā)生在中斷子程序中，中斷激活標(biāo)志

31、已置位，它將阻止同級(jí)中斷響應(yīng)。由于軟件看門是高級(jí)中斷，它將阻止說要中斷響應(yīng)，由此可見清除中斷激活標(biāo)志的重要性。在所有的指令中，只有reti指令能夠清除中斷激活標(biāo)志。前文各處提案到的出錯(cuò)處理程序err主要完成這一功能，其他的善后工作交由復(fù)位后的系統(tǒng)去完成。有復(fù)位時(shí)系統(tǒng)的歷史狀況，可將復(fù)位分為“冷啟動(dòng)”和“熱啟動(dòng)”。 “冷啟動(dòng)”時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)全部無效，進(jìn)行徹底的初始化操作；而“熱啟動(dòng)”時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行修復(fù)和有選擇的初始化。系統(tǒng)初次上電投入運(yùn)行時(shí)，必須是“冷啟動(dòng)”，以后由抗干擾措施引起的復(fù)位操作一般均為“熱啟動(dòng)”初次上電投入運(yùn)行時(shí)，必須是“冷啟動(dòng)”，以后由抗干擾措施引起的復(fù)位操作一般均為“熱

32、啟動(dòng)”。為了使系統(tǒng)能正確決定采用何種啟動(dòng)方式，常用上電標(biāo)志來區(qū)分，如圖3-6所示：復(fù)位關(guān)中斷，設(shè)定堆棧上電標(biāo)志冷啟自檢全面初始化熱啟動(dòng)恢復(fù)被破壞的信息部分初始化建立上電標(biāo)志開始運(yùn)轉(zhuǎn)圖3-6 系統(tǒng)復(fù)位策略圖第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1 軟件任務(wù)分析軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計(jì)結(jié)合進(jìn)行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計(jì)基本定型后，也就基本上決定下來了。軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計(jì)做一個(gè)總體規(guī)劃。從軟件的功能來看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測量，計(jì)算，顯示，打印8，輸出控制和通信等，另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充

33、當(dāng)組織調(diào)度角色的軟件。這兩類軟件的設(shè)計(jì)方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計(jì)偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。軟件任務(wù)分析時(shí)，應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。在各執(zhí)行模塊進(jìn)行定義時(shí)，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以監(jiān)控程序了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。相對(duì)來講，執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編程，而監(jiān)控程序較易出問題。這如同當(dāng)一名操作工人比較容易，而當(dāng)一個(gè)廠長就比較難了。軟件任務(wù)分析的另一個(gè)內(nèi)容是如何安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊。整個(gè)系統(tǒng)軟件可分為后臺(tái)程序（背景程序）和前臺(tái)程序。后

34、臺(tái)程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)?shí)時(shí)性要求不是太高，延誤幾十ms甚至幾百ms也沒關(guān)系，故通常將監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序），顯示程序和打印程序等與操作者打交道的程序放在后臺(tái)程序中執(zhí)行；而前臺(tái)程序安排一些實(shí)時(shí)性要求較高的內(nèi)容，如定時(shí)系 統(tǒng)和外部中斷（如掉電中斷）。也可以將全部程序均安排在前臺(tái)，后臺(tái)程序?yàn)椤笆瓜到y(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)”，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。4.2 顯示子程序的設(shè)計(jì)顯示子程序，及部分注解如下：display:mov dptr,#dat1; 查表顯示程序,利用p0口做段選碼口輸出p2低三位做位選碼輸出mov a,r3movc a,a+dptrmov p2,#0fehmov p0,aa

35、call delaymov dptr,#dat2mov a,r5movc a,a+dptrmov p2,#0fdhmov p0,aacall delaymov a,r4movc a,a+dptrmov p2,#0fbhmov p0,aacall delayretdat1:db 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00h,71h ;滅,1,2,3,4,5,6,7,8,9,滅,fdat2:db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00h,71h第一個(gè)為零,其他與上相同,因?yàn)槭蝗绻麨榱泔@示熄滅4.3 定時(shí)器t0

36、、t1中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)to溢出中斷(響鈴程序)t0int: mov th0,#0echmov tl0,#0ffhjnb ring,out;cpl p3.6;ring標(biāo)志位為1時(shí)候p3.6口不斷取反使喇叭發(fā)出一定頻率的聲音out: retit1溢出中斷(計(jì)時(shí)程序)：t1int: mov th1,#3chmov tl1,#0b0hinc r0retiend4.4 搶答器處理程序的設(shè)計(jì)搶答器處理程序：true1: acall bark;按鍵發(fā)聲mov a,r2mov r6,a;搶答時(shí)間r2送r6mov r3,#01hclr ok;因?yàn)榇痤}的計(jì)時(shí)不再查詢搶答,所以就鎖了搶答ajmp counttru

37、e2:acall bark;mov a,r2mov r6,amov r3,#02hclr okajmp counttrue3:acall bark;mov a,r2mov r6,amov r3,#03hclr okajmp counttrue4:acall bark;mov a,r2mov r6,amov r3,#04hclr okajmp counttrue5: acall bark;mov a,r2mov r6,amov r3,#05hclr okajmp counttrue6: acall bark;mov a,r2mov r6,amov r3,#06hclr okajmp countt

38、rue7: acall bark;mov a,r2mov r6,amov r3,#07hclr okajmp counttrue8: acall bark;mov a,r2mov r6,amov r3,#08hclr okajmp count4.5 程序及分析單片機(jī)控制8路搶答器程序ok equ 20h ;搶答開始標(biāo)志位 ring equ 22h ;響鈴標(biāo)志位 org 0000h ajmp main org 0003h ajmp int0sub org 000bh ajmp t0int org 0013h ajmp int1sub org 001bh ajmp t1int org 0040hm

39、ain: mov r1,#30 ;初設(shè)搶答時(shí)間為30s mov r2,#60 ;初設(shè)答題時(shí)間為60s mov tmod,#11h ;設(shè)置未定時(shí)器/模式1 mov th0,#0f0h mov tl0,#0ffh ;越高發(fā)聲頻率越高,越尖 mov th1,#3ch mov tl1,#0b0h ; 50ms為一次溢出中斷 setb ea setb et0 setb et1 setb ex0 setb ex1 ;允許四個(gè)中斷,t0/t1/int0/int1 clr ok clr ring setb tr1 setb tr0 ;一開始就運(yùn)行定時(shí)器,以開始顯示fff.如果想重新計(jì)數(shù),重置th1/tl1就可

40、以了查詢程序start: mov r5,#0bh mov r4,#0bh mov r3,#0bhacall display ;未開始搶答時(shí)候顯示fff jb p3.0,nextacall delay jb p3.0,next ;去抖動(dòng),如果開始鍵按下就向下執(zhí)行,否者跳到非法搶答查詢acall bark ;按鍵發(fā)聲 mov a,r1 mov r6,a ;送r1-r6,因?yàn)閞1中保存了搶答時(shí)間 setb ok ;搶答標(biāo)志位,用于count只程序中判斷是否查詢搶答 mov r3,#0ah ;搶答只顯示計(jì)時(shí),滅號(hào)數(shù)ajmp count ;進(jìn)入倒計(jì)時(shí)程序,查詢有效搶答的程序在count里面next: j

41、nb p1.0,false1 jnb p1.1,false2 jnb p1.2,false3 jnb p1.3,false4 jnb p1.4,false5jnb p1.5,false6 jnb p1.6,tz1 jnb p1.7,tz2 ajmp start tz1: jmp false7tz2: jmp false8非法搶答處理程序false1: acall bark ;按鍵發(fā)聲mov r3,#01h ajmp errorfalse2: acall barkmov r3,#02h ajmp errorfalse3: acall barkmov r3,#03h ajmp errorfalse

42、4: acall barkmov r3,#04h ajmp errorfalse5: acall barkmov r3,#05h ajmp errorfalse6: acall barkmov r3,#06h ajmp errorfalse7: acall barkmov r3,#07h ajmp errorfalse8: acall barkmov r3,#08h ajmp errorint0(搶答時(shí)間r1調(diào)整程序)int0sub : mov a,r1 mov b,#0ah div a,b mov r5,a mov r4,b mov r3,#0ahacall display ;先在兩個(gè)時(shí)間l

43、ed上顯示r1 jnb p3.4,inc0 ;p3.4為+1s鍵,如按下跳到inco jnb p3.5,dec0 ;p3.5為-1s鍵,如按下跳到deco jnb p3.1,back0 ;p3.1為確定鍵,如按下跳到backo ajmp int0subinc0: mov a,r1cjne a,#63h,add0 ;如果不是99,r2加1,如果加到99,r1就置0，重新加起。 mov r1,#00hacall delay1ajmp int0subadd0: inc r1acall delay1 ajmp int0subdec0: mov a,r1 jz setr1 ;如果r1為0, r1就置99

44、， dec r1 acall delay1 ajmp int0subsetr1: mov r1,#63h acall delay1 ajmp int0subback0: reti ;=int1(回答時(shí)間r2調(diào)整程序)=int1sub:mov a,r2 mov b,#0ah div abmov r5,a mov r4,b mov r3,#0ah acall display jnb p3.4,inc1 jnb p3.5,dec1 jnb p3.1,back1 ajmp int1subinc1: mov a,r2 cjne a,#63h,add1 mov r2,#00h acall delay1aj

45、mp int1subadd1: inc r2 acall delay1 ajmp int1subdec1: mov a,r2 jz setr2 dec r2 acall delay1 ajmp int1subsetr2: mov r2,#63h acall delay1 ajmp int1subback1: reti ;=倒計(jì)時(shí)程序(搶答倒計(jì)時(shí)和回答倒計(jì)時(shí)都跳到改程序)=count: mov r0,#00h;重置定時(shí)器中斷次數(shù) mov th1,#3ch mov tl1,#0b0h;重置定時(shí)器recount:mov a,r6;r6保存了倒計(jì)時(shí)的時(shí)間,之前先將搶答時(shí)間或回答時(shí)間給r6 mov b,

46、#0ah div ab;除十分出個(gè)位/十位 mov 30h,a;十位存于(30h) mov 31h,b;個(gè)位存于(31h) mov r5,30h;取十位 mov r4,31h;取個(gè)位 mov a,r6 subb a,#07h jnc larger;大于5s跳到larger,小于等于5s會(huì)提醒 mov a,r0 cjne a,#0ah,full;1s中0.5s向下運(yùn)行 clr ring ajmp checkfull: cjne a,#14h,check;下面是1s的情況,響并顯示號(hào)數(shù)并清r0,重新計(jì) setb ring mov a,r6 jz quit;計(jì)時(shí)完畢 mov r0,#00h dec

47、r6;一秒標(biāo)志減1 ajmp checklarger: mov a,r0 cjne a,#14h,check;如果1s向下運(yùn)行,否者跳到查停/顯示 dec r6;計(jì)時(shí)一秒r6自動(dòng)減1 mov r0,#00hcheck: jnb p3.1,quit;如按下停止鍵退出 acall display jb ok,accout;如果是搶答倒計(jì)時(shí),如是則查詢搶答,否者跳過查詢繼續(xù)倒數(shù)(這里起到鎖搶答作用) ajmp recountaccout:jnb p1.0,true1 jnb p1.1,true2 jnb p1.2,true3 jnb p1.3,true4 jnb p1.4,true5 jnb p1.

48、5,true6 jnb p1.6,tz3 jnb p1.7,tz4 ajmp recount tz3:jmp true7 tz4:jmp true8 quit: clr ok;如果按下了停止鍵執(zhí)行的程序 clr ring ajmp start;=正常搶答處理程序=true1: acall bark;按鍵發(fā)聲 mov a,r2 mov r6,a;搶答時(shí)間r2送r6 mov r3,#01h clr ok;因?yàn)榇痤}的計(jì)時(shí)不再查詢搶答,所以就鎖了搶答 ajmp counttrue2:acall bark; mov a,r2 mov r6,a mov r3,#02h clr ok ajmp counttrue3:acall bark; mov a,r2 mov r6,a mov r3,#03h clr ok ajmp counttrue4:acall bark; mov a,r2 mov r6,a mov r3,#04h clr ok ajmp counttrue5: acall bark; mov a,r2 mov r6,a mov r3,#05h clr ok ajmp counttrue6: acall bark; mo